Теплообменник — это механическое устройство, которое обменивается или переносит тепло между двумя несмешивающимися жидкостями. Теплообменники бывают разных типов в зависимости от требований к пространству, применения, конструкции и потока жидкости внутри системы. Все теплообменники содержат различные барьеры, которые разделяют жидкость и одновременно передают тепло. Двухтрубный теплообменник — это самый известный тип теплообменника, который имеет очень гибкую конфигурацию. Самая простая форма двухтрубного теплообменника, доступная в настоящее время, имеет маленькую трубу, окруженную другой большой трубой. В этой статье в основном описываются различные аспекты двухтрубного теплообменника.
Что такое двухтрубный теплообменник?
Двухтрубный теплообменник — это тип теплообменника, который состоит из концентрических труб, разделенных механическим затвором.
Название этого теплообменника означает, что в нем используются две трубы для обмена теплом между двумя жидкостями. В одной трубе находится горячая жидкость, а в другой — холодная. Этот теплообменник также называют теплообменником с оболочкой u-tube, трубой с оболочкой, шпилькой и теплообменником «труба в трубе».
Двухтрубный теплообменник имеет маленькую трубу, которая окружена другой большой трубой. Одна жидкость течет внутри маленькой трубы, а другая движется по кольцу между двумя трубами.
Внутренняя стенка малой трубы является поверхностью теплообмена. Весь процесс теплопередачи происходит в большой трубе. Таким образом, внутренняя труба работает как проводящий барьер. С внешней стороны поток жидкости проходит через трубу сбоку или внутри.
Этот теплообменник может иметь одну трубу или пучок труб (но менее 30 труб). Большая труба имеет диаметр менее 200 мм. В некоторых условиях внутренняя труба имеет вертикальные ребра для улучшения коэффициента теплопередачи между рабочими жидкостями.
Двухтрубные теплообменники используются для небольших площадей теплообмена (например, 14 м 2 ). Последовательное соединение для увеличения площади теплообмена требует больше места и дополнительных принадлежностей, что приводит к увеличению потери давления. Кроме того, невозможно увеличить количество проходов жидкости с обеих сторон.
Этот теплообменник не подходит для грязных жидкостей, так как грязная жидкость засоряет его, и очистить его очень сложно. Основное преимущество двухтрубного теплообменника заключается в том, что он прост в эксплуатации и имеет простую конструкцию.
Стоимость строительства двухтрубного теплообменника относительно низкая и требует минимального обслуживания. Эти теплообменники лучше всего подходят для разумного охлаждения или нагрева в системах с высоким давлением и высокой температурой.
Технические характеристики двухтрубных теплообменников
Двухтрубный теплообменник является одним из самых простых типов теплообменников. На приведенной ниже схеме представлен этот теплообменник. Как показано на схеме ниже, один кожух или труба окружены другим кожухом или трубой.
Эти типы кожухотрубных теплообменников имеют простую и понятную конструкцию, что дает клиентам широкие возможности для выбора теплообменника в соответствии с их требованиями. На рынке существует множество заказных теплообменников, разработанных в соответствии с требованиями различных отраслей промышленности и проектов.
Двухтрубные теплообменники рекомендуются для использования в небольших приложениях. Они используются для передачи тепла на небольших площадях (т.е. менее 45 квадратных метров).
Для использования этого теплообменника необходимо знать типы жидкостей в вашей системе. Из-за большого проточного пространства со стороны кожуха вы должны использовать только вязкие жидкости со стороны кожуха. Поэтому при использовании пара в качестве рабочей жидкости в теплообменнике лучше всего использовать трубы для потока.
Прежде чем выбрать подходящий теплообменник, необходимо определить характеристики или условия вашего проекта. Вы также должны определить температуры на выходе и входе, а также желаемую скорость теплопередачи. С этой информацией вам и вашему продавцу будет легче представить вам имеющиеся в продаже теплообменники и разработать правильную пару трубок для вашего теплообменника.
Как упоминалось выше, двухтрубный теплообменник имеет модульную и простую конструкцию, но вы должны помнить, что увеличение площади поверхности увеличивает стоимость теплообменника.
Проще говоря, если вы хотите купить теплообменник для передачи тепла на большой площади поверхности, вам придется заплатить высокую цену за такой теплообменник.
Типы двухтрубных теплообменников
Двухтрубный теплообменник делится на несколько типов на основе потока жидкости. Двухтрубный теплообменник имеет следующие два основных типа:
- Теплообменник с противотоком
- Теплообменник с параллельным потоком
1) Противоточный двухтрубный теплообменник
Противоточный теплообменник является одним из типов двухтрубных теплообменников. В противоточном теплообменнике одна рабочая жидкость имеет направление потока, противоположное направлению потока другой рабочей жидкости.
В такой конструкции теплообменник имеет самую высокую скорость теплопередачи, и мы можем легко нагревать или охлаждать выходы в соответствии с нашими требованиями.
На приведенной выше схеме показаны места расположения выхода и входа. Как показано на диаграмме, жидкости текут в противоположных направлениях, и жидкости имеют максимальную разницу температур на концах обеих головок.
Посмотрите на приведенную выше диаграмму и представьте, что жидкость 1 — горячая, а жидкость 2 — холодная. Температура холодного конца на выходе (T2out) может быть достигнута вблизи температуры на входе T1in.
Как вы знаете, температура на входе (T1in) имеет большую температуру, чем температура на выходе (T1out). Однако в случае противоточного теплообменника температура жидкости на холодной стороне может быть выше, чем температура на выходе горячей стороны, что невозможно в теплообменнике с параллельным потоком.
Максимальное количество кожухотрубных теплообменников имеют противоточную конструкцию, поскольку это одна из наиболее эффективных конструкций. Противоточная конструкция позволяет добиться максимального изменения температуры между рабочими жидкостями.
2) Двухтрубные теплообменники с параллельным потоком
Как следует из названия параллельного теплообменника, обе жидкости в этом теплообменнике текут в одном направлении. Двухтрубный теплообменник с параллельным потоком имеет одинаковое направление для входной и выходной жидкостей.
Такая конструкция теплообменника имеет более низкую эффективность и скорость теплопередачи, чем противоточная конструкция. Тем не менее, параллельная конструкция необходима для некоторых специфических применений.
Преимущества и недостатки двухтрубных теплообменников
Преимущества двухтрубного теплообменника
- Двухтрубный теплообменник имеет низкую стоимость.
- Вы можете достичь превосходной эффективности при очень низких капитальных затратах
- Эти теплообменники имеют меньшие размеры, чем кожухотрубные теплообменники.
- Они не требуют много места для установки.
- Они имеют низкие эксплуатационные расходы по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.
- Они отличаются простотой сборки и замены деталей.
- Эти теплообменники имеют простую и компактную конструкцию.
- Этот теплообменник также лучше всего подходит для применения при высоких давлениях и температурах, например, в компрессорах и котлах.
- В связи с большой популярностью этих теплообменников, они имеют все стандартизированные детали, что облегчает их обслуживание и ремонт.
- Структура этих теплообменников допускает большее тепловое расширение без расширения соединений.
Недостатки двухтрубного теплообменника
- Двухтрубный теплообменник имеет меньше трубок, чем кожухотрубный. Это означает, что скорость теплопередачи у него меньше, чем у кожухотрубного теплообменника.
- Он не выпускается в перекрестном исполнении. Поэтому вы не можете использовать эти теплообменники для некоторых специфических применений.
- Когда вы добавляете любой дополнительный блок, вероятность утечки возрастает из-за увеличения количества соединений.
- Высока вероятность утечки из удаленных соединений.
- Эти теплообменники имеют ограничения по теплопередаче и могут использоваться для применения в небольших областях.
Области применения двухтрубного теплообменника
Диапазон применения двухтрубных теплообменников очень широк и его трудно охватить благодаря практичному, красивому и лаконичному дизайну. Вот некоторые из них:
- Двухтрубный теплообменник используется в компрессорах и котлах, поскольку они имеют очень высокое давление и температуру.
- Системы охлаждения и отопления технологической установки.
- Очистка сточных вод
- Охлаждение
- Переработка нефти
Конструкция двухтрубного теплообменника
Если вы знаете характеристики двухтрубного теплообменника и ваши требования, вы можете спроектировать теплообменник в соответствии с вашими требованиями к теплопередаче.
Скорость теплопередачи можно определить по приведенному ниже уравнению:
В приведенном выше уравнении:
Q = Скорость теплопередачи между жидкостями
U = коэффициент теплопередачи
△ T lm = Разница температур
A = Площадь поверхности теплообмена
Приведенная ниже формула позволяет рассчитать разность температур (△Tlm):
Раздел часто задаваемых вопросов
Почему противоточный теплообменник более эффективен?
Параллельный теплообменник имеет меньшую эффективность, чем противоточный теплообменник, потому что противоточный теплообменник создает более постоянную разницу температур жидкости по всей длине ее пути.
Что такое двустенный теплообменник?
Принцип работы двустенного пластинчатого теплообменника очень похож на принцип работы обычного пластинчатого теплообменника, но основное отличие заключается в том, что обмен между двумя жидкостями осуществляется через пару пластин, состоящую из двух одинаковых пластин, расположенных друг на друге и сваренных вокруг иллюминатора.
В чем основной недостаток двухтрубного теплообменника по сравнению с кожухотрубным теплообменником?
Основным недостатком двухтрубных теплообменников является их большой размер. Они имеют высокий расход металла на единицу площади теплообмена (т.е. в пять раз больше, чем кожухотрубный теплообменник).
В чем разница между двухтрубным и кожухотрубным теплообменником?
Двухтрубный теплообменник имеет две трубы. Одна труба имеет большой диаметр, который окружает трубу малого диаметра. Одна труба используется для холодной жидкости, а другая — для горячей.
В кожухотрубном теплообменнике, напротив, имеется пучок труб, который окружен большой оболочкой. В этом теплообменнике одна жидкость течет внутри трубок, а другая — между трубками и кожухом.
